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FloEFD参数研究指南

FloEFD
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FloEFD 参数研究(Parametric Study)指南 (EFD.Lab V9.1) – 简易弹簧阀
Matt Milne, Mentor Graphics, Mechanical Analysis Division 31st March 2009 

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介绍
本指南旨在仿真水流通过简易弹簧阀,一个与室内散热器阀尺寸和外形类似的阀门来介绍FloEFD 参数研究能力。组件中阀门位置通过匹配距离定义。液体通过阀门组件底部的入口处流入,经旁侧的出口处流出。推动阀门打开的流体压力与一个弹簧相对立,弹簧的作用在于推动阀门关闭。
组件包含弹簧零件只是为了说明组件结构不包含机械分析。另外,弹簧的作用在参数研究中通过线性弹簧等式模拟:
FS=kx (Eq.1)
等式中:
FS =弹簧弹力
k=弹簧常量
x=弹簧压缩距离
说明:本指南仅为介绍FloEFD 参数研究能力,所以指南中所用到的流动案例过于简单,也许并不能代表真实的阀门。但是,指南中描述的流程却可以应用于类似的简单或者复杂的问题上。
问题描述
Q1. 在何种位置时阀门所受弹簧压力和流体压力)处于平衡?
Q2. 当阀门处于该位置时,体积流率是什么?
假定阀门中对应弹簧的流动力根据线性弹簧等式Eq.1.变化。对应流体的流动力,FF ,根据一个未知的函数变化,比如:
FF=f(x) (Eq.2)
现在的问题是找到Eq.1 和Eq.2(图1)系列同步等式的数学解。

通过手动插值的方法创建系列结构和获取大范围内阀门位置的流动解决方案都可以灵活地解决问题。然而,对于大多数实际问题,手动方法显得沉闷并且过于耗费人工。相反,使用FloEFD 的参数研究能力可自动完成项目。

指南
1. 打开parametric_study/valve_assembly01.sldasm
2. 设置body01 透明,注释阀门结构。重新设置body01 固体。
3. 使用Front Plane 创建剖面图,显示组件内部。
4. 在Feature Manager 中扩大匹配。右击Distance1,选择Edit Feature。
注意,匹配定义为两平面间的距离,一平面为阀体另一为阀杆。
退出匹配定义,不需要保存任何修改。
5. 注意,在入口和出口已经分别创建了LID1和LID2。依次右击这两个元件并选择Show components。
6. 选择Flow Analysis,点击Wizard。创建一个新的结构命名为param01,输入评论“Simplespring valve demo – parametric study”(简易弹簧阀演示 – 参数研究)。点击 Next。
7. 选择SI 单位系统. 在Main 中设置Temperature 单位为Celsius (摄氏)。在Loads & Motion中设置Volume flow rate 单位为Milliliter/second(cm^3/s) (毫升/秒)。点击Next。
8. 保留Analysis Type 选项的默认设置(Internal, Exclude cavities without flow conditions,Reference axis = X)。点击Next。
9. 设置Water 为默认流体,点击Next。
10. 再次点击Next,接受默认Wall Conditions 设置。
11. 再次点击Next,接受默认Initial Conditions 设置。
12. 设置Result resolution slider bar 为4, 点击Finish, 完成Wizard。
13. 注意,FloEFD 围绕整个模型自动创建计算域。所以,当模型对称,平面Z=0 后,我们可以利用对称特性减少计算量。
选择FloEFD analysis tree, 右击Computational Domain, 选择Edit Definition… 在Siz
在Boundary Condition 栏设置Symmetry boundary condition(对称边界条件) 为Z Max。

点击OK,退出并最后隐藏计算域(右击Computational Domain,选择Hide)。
14. 在LID1 选择入口面,右击Boundary Conditions , 选择Insert Boundary Condition…设置Static Pressure(静压 力)为101825 Pa,点击OK。
15. 在LID2 选择出口面,右击Boundary Conditions , 选择Insert Boundary Condition…设置Environment Pressure为默认条件,点击OK。
16. 右击Goals,选择Insert Global Goals…创建全局目标为Min & Av Static
Pressure 和Av & Max Velocity。点击OK,创建目标。
17. 选择Static Pressure 1 入口边界条件,然后右击Goals 并选择Insert Surface Goals…创建一个Volume Flow Rate 目标,点击OK。
18. 右击Goals,选择Insert Surface Goals…从Feature Manager 中选择整个valve01 元件。
点击Filter Faces, 选择Remove faces out ofcomputational domain (移除不在计算域中的面),点击Filter(这一步骤将不包含在计算域中的面,即阀杆顶端的面移除)。
为Y 轴创建一个目标 – Component of Force,点击OK。

19. 菜单栏选择Flow Analysis, Insert, LocalInitial Mesh…
按住Ctrl 健,选择body01 内的斜面、阀门的斜面、阀门顶端面和阀杆面。
不要选择Automatic setting box。在Solid/FluidInterface 栏设置所有slider bar (滑动条)为0。
在Refining Cells 栏选择Refine all cells box,设置slider bar (滑动条)为3。
在Narrow Channels 栏选择Enable narrow channels refinement box。设置Characteristic number of cells across a narrow channel 为5,移动Narrow channels refinement level slider bar 到4。
点击OK,接受所有设置。
20. 菜单栏选择Flow Analysis, Tools,Parametric Study, 打开参数研究窗口。设置参数类型为Dimension,点击Next。
21. 在Feature Manager 中,扩展Mates(匹配),选择Distance1 mate。设置parameter minimum 和maximum dimensions (最小化和最大化参数尺寸)分别为 1mm 和10mm (当输入mm 时,FloEFD自动将单位转化为m)。点击Next。

22. 在FloEFD Analysis tree 中选择SGY – Component of Force 1 goal 作为参数研究的目标。点击Next。
23. 设置Dependency type 为Formula。
在Parameter definition formula box 中,我们需要定义弹簧等式,比如,弹簧弹力, FS=kx

k=弹簧常量
x=弹簧压缩距离
通过在Parameter definition formula box中输入5★可以将弹簧等式输入,点击Add。
输入等式:5★D1 Distance valve_assembly01.Assembly 点击Next。
24. 设置Study convergence criterion 为 0.001N , Maximum number of calculations 为10。
选择每一个新计算栏的Create a new configuration(创建一个新的结构)。选择Create a new configuration 才能保存研究的每一位置的结果,否则只保留了最后的结果。
点击Next。

25. 使用Summary table 窗口保证所有的信息正确无误地输入,然后点击Run,开始运行参数研究。
26. 在研究项目运行时,在Parametric Study 窗口显示结果汇总。研究中的任何一个位置均可对应打开一个新的求解窗口,这个新的求解窗口与一般的独立FloEFD 计算功能一致。
27. 当运行完成后,summary results 窗口会显示提示,当阀门大致打开4.9mm 时,parameter study 收敛,这是阀门流体压力和在第23 步骤通过弹簧等式定义的弹簧弹力平衡的位置。每一位置的parameter study 结果显示于图2。点击Cancel 关闭Parameter Study 窗口。图2 – Parametric Study 结果

结果
按照一般的方法使用Configuration Manager 可以选择保存的结构(详见步骤24),并可以按照处理一般的独立FloEFD 计算的方法,载入或进行后处理这些结果(图3)。
图3 – 模型速度曲线切面

在Configuration Manager 中确认选择了命名为”dimension = 0.00492943”的最后结构。使用Load/Unload 键载入这个结果。
在FloEFD 结果树中,右击Goal,选择Insert…点击Add All,OK,创建目标的Excel 表。
检查汇总表, 核实结构的体积流率大致为57cm3/s (图4)。指南结束。

FloEFD资料下载:  FloEFD参数研究指南.pdf  

 

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